[发明专利]一种基于改进滑模观测器的PMSM无速度传感器控制方法

说明书

本发明涉及一种基于改进滑模观测器的PMSM无速度传感器控制方法，包括如下步骤：如下步骤：步骤1：建立三相永磁同步电机的数学模型，根据所述数学模型设计传统滑模观测器，基于所述传统滑模观测器估计定子电流和反电动势；步骤2：基于饱和函数建立改进滑模观测器，对所述传统滑模观测器的趋近律进行改进；步骤3：采用低通滤波器和卡尔曼滤波器对所述改进滑模观测器观测到的结果进行二级滤波，得到转子角度信息本发明通过平滑切换的饱和函数解决传统滑模观测器的切换抖振问题；通过低通滤波器和卡尔曼滤波器组成的二级滤波解决了传统滑模观测器输出噪声的问题。采用本发明提出的控制方法得到的估算精度更高，鲁棒性更好。

技术领域

本发明涉及交流伺服电机控制领域，尤其涉及一种基于改进滑模观测器的PMSM无速度传感器控制方法。

背景技术

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)因其体积小、重量轻、效率高等优点在交流伺服领域得到了广泛的应用。PMSM系统中转子位置和速度信号非常重要，然而传统的机械传感器易受温度、磁场以及其他外部干扰的影响，越来越不能满足系统准确性的要求，所以无速度传感器控制开始出现。

无速度传感器控制方法主要包含两类，一类是适用于低速的高频信号注入法，包括旋转高频电压信号法和脉冲高频电压信号法；还有一类是适用于高速的基于电机基频模型法，包括定子磁链估算法、模型参考自适应法、状态观测器估算法、人工智能估算法等。滑模观测器属于状态观测器的一种，其原理在于通过输入的电压电流估算出反电动势，然后由反电动势计算出定子的位置和转速信息。它的优点在于结构简单、不依赖系统精确的数学模型、不受内部参数和外部干扰的影响、鲁棒性强。缺点也是滑模控制的共性，即抖振难以消除。而且滑模观测器本身就不能解决不同转速条件下转子位置估计的问题。

发明内容

本发明提供一种基于改进滑模观测器的PMSM无速度传感器控制方法，以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于改进滑模观测器的PMSM无速度传感器控制方法，包括如下步骤：

步骤1：建立三相永磁同步电机的数学模型，根据所述数学模型设计传统滑模观测器，基于所述传统滑模观测器估计定子电流和反电动势；

步骤2：基于饱和函数建立改进滑模观测器，对所述传统滑模观测器的趋近律进行改进；

步骤3：采用低通滤波器和卡尔曼滤波器对所述改进滑模观测器观测到的结果进行二级滤波，得到转子角度信息

较佳地，所述趋近律为：

ε＝kω_ref，

其中S是滑模面，a为边界层厚度，ω_ref为给定转速，k为可调节系数，sgn为切换函数，ε为切换增益。

较佳地，步骤2还包括构建李雅普诺夫函数，对所述改进滑模观测器进行稳定性分析，

其中，L_s为定子电感，R_s为定子电阻，i_α、i_β分别为两相静止坐标系下定子电流α、β轴分量，分别为α、β轴的定子电流估计值，E_α、E_β分别为α、β轴电动势分量，ε为增益，

当ε＞max(E_α，E_β)，满足存在可达和稳定条件。

较佳地，步骤3中，二级滤波后经过反正切函数的计算得到所述转子角度信息

和分别为α、β轴电动势分量估计值。